Hiilikuitukomposiittien käsittelyopas
Hiilikuitukomposiitit: Käsittelyopas
Hiilikuitukomposiittien (CF) prosessointi on hankalaa, sillä useimmat tuotantoa tai suunnittelua suunnittelevat insinöörit ovat taustaltaan metalliosien suunnittelussa.sitä on kutsuttu mustaksi alumiiniksi, ja sen suunnittelua ja valmistusta on kuvattu mustaksi taiteeksi.Mikä se oikeasti on?
Tämän suunnitteluoppaan tarkoituksena on antaa yleistä tietoa ja teknisiä tietoja hiilikuitukomposiittimateriaaleista sekä ohjeita kevyiden ja korkean suorituskyvyn tuotteiden suunnitteluun hiilikuitukomposiiteilla.
Miksi hiilikuitu
Hiilikuitukomposiiteilla on poikkeukselliset mekaaniset ominaisuudet verrattuna homogeenisiin metalleihin ja muoveihin.Materiaali on vahvaa, jäykkää ja kevyttä.Nämä komposiitit ovat materiaalin valinta sovelluksiin, joissa kevyt ja ylivoimainen suorituskyky on ensiarvoisen tärkeää, kuten komponentit avaruusaluksiin, hävittäjiin ja kilpa-autoihin.
Mitä ovat hiilikuitukomposiitit
Komposiittimateriaalit valmistetaan yhdistämällä lujite (kuitu) matriisiin (hartsi), ja tämä kuidun ja matriisin yhdistelmä tarjoaa paremmat ominaisuudet kuin jompikumpi materiaali yksinään.Komposiittimateriaalissa kuitu kantaa suurimman osan kuormasta ja on materiaalin ominaisuuksien tärkein tekijä.Hartsi auttaa siirtämään kuormaa kuitujen välillä, estää kuitujen nurjahduksen ja sitoo materiaalit yhteen.
Miten paljon se maksaa?
Historiallisesti hiilikuitukomposiitit ovat olleet erittäin kalliita, mikä on rajoittanut sen käytön vain erikoissovelluksiin.Viimeisten seitsemäntoista vuoden aikana hiilikuitukomposiittien hinta on kuitenkin laskenut kulutuksen lisääntyessä ja valmistusprosessien automatisoinnin lisääntyessä.Yhteisvaikutus on alentanut korkealaatuisten alumiinituotteiden kokonaiskustannuksia.Nykyään hiilikuitukomposiitit ovat taloudellisesti kannattavia monissa sovelluksissa, kuten urheiluvälineissä, suorituskykyveneissä, suorituskykyisissä ajoneuvoissa ja korkean suorituskyvyn teollisuuskoneissa.
Sovellukset
Komposiittimateriaalit ovat erittäin monipuolisia.Insinööri voi valita laajasta valikoimasta kuituja ja hartseja haluttujen materiaaliominaisuuksien saavuttamiseksi.Myös materiaalin paksuus ja kuitujen suuntaukset voidaan optimoida kullekin sovellukselle.
Hiilikuitukomposiittien edut ovat:
1.Suuri ominaisjäykkyys (jäykkyys jaettuna tiheydellä)
2.Suuri ominaislujuus (lujuus jaettuna tiheydellä)
3. Erittäin alhainen lämpölaajenemiskerroin (CTE)
4. Röntgenläpinäkyvä (alhaisen molekyylipainonsa vuoksi)
Missä sovelluksissa hiilikuitukomposiitteja käytetään?
Hiilikuitukomposiittien ainutlaatuinen sijainti, jolla on korkea ominaislujuus, jäykkyys ja alhainen CTE, tarjoaa niille ainutlaatuisen paikan monilla sovellusalueilla alla olevan taulukon mukaisesti:
Tyypillisiä sovelluksia hiilikuitukomposiiteille
Suunnittelutiedot
Hiilikuitukomposiitteja pidetään "suunnittelijan materiaalina", koska osat voidaan räätälöidä lujuuteen ja/tai jäykkyyteen tarvittaviin suuntiin ja kohteisiin.Tämä saavutetaan sijoittamalla materiaalit strategisesti ja suuntaamalla kuidun suunta tarpeiden mukaan.Myös hiilikuitukomposiittien suunnittelun ja valmistuksen joustavuus tarjoaa mahdollisuuksia optimoida suunnittelua, kuten konsolidoida ja sisällyttää monia ominaisuuksia in situ, mikä alentaa osan kokonaishintaa entisestään.
Työkalut
Muotteja käytetään komposiittiosien muodon määrittämiseen.Komposiittiosa poimii kaikki muottien muodot ja ominaisuudet;siksi muotin laatu vaikuttaa voimakkaasti osan laatuun.Muotit voivat olla joko uros- tai naarasmuotit.Naarasmuotit ovat yleisimpiä ja niistä tulee tasainen ulkopinta, kun taas urosmuotti tasaisen sisäpinnan.Yhteensopiva muotti (uros ja naaras) vaaditaan, jos osa yhdistetään puristimella.
Kaksiosainen työkalu, jota kutsutaan yleisesti "simpukkaksi"
Muotit voidaan valmistaa komposiittimateriaaleista, metallitäytteisestä epoksista tai koneistaa alumiinista tai teräksestä.Muotin tyyppi ja käytetyt materiaalit riippuvat osan tyypistä ja tuotantomäärästä.
Valmistusprosessi
Edistyksellinen hiilikuitutuotanto suoritetaan yleensä käyttämällä esikyllästettyä hiilikuitua lämpökovettuvilla hartseilla.Kaksi keskeistä käytettyä menetelmää ovat:
1. Käsiasettelu
Esikyllästettyjen kudottujen materiaalien käsin asettelu on edelleen suuri osa komposiittivalmistusteollisuutta, ja se vaatii ihmistyövoiman taitoja ja kokemusta litteistä kerroksista monimutkaisiin muotoihin.Se pystyy tuottamaan korkean suorituskyvyn ja monimutkaisia osia, mutta se voi olla kallis ja erittäin vaihteleva prosessi.
2. Automated Fiber Placement (AFP)
Tärkeimmät huomioon otettavat asiat ovat käyttämäsi kuidun leveys ja puristustelan säde.
